EP0535058B1 - Allradantrieb für ein kraftfahrzeug - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an all-wheel drive for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
- a similar all-wheel drive is described in DE-PS 35 07 490.
- a drive train rigidly driven with a front engine to the front axle, a drive train branches off to the rear axle, which can be activated via an all-wheel locking system.
- the locking system used consists of a planetary gear that provides direct through-drive and a centrifugal brake acting on its planet carrier.
- the ratio from the input shaft to the output shaft deviates only slightly from 1: 1, but the ratio from the input shaft to the planet carrier is very high, e.g. 16: 1.
- the planetary gear is composed of an input sun gear that is fixed to the input shaft, a coaxially mounted output sun gear that is mounted coaxially next to it and connected to the output shaft, and the planet gears that mesh with both sun gears and that are mounted on the planet carrier.
- Bearing bolts are attached to the planet carrier, on which brake shoes are mounted in such a way that they act as centrifugal weights and can rest with their brake linings on a fixed brake drum.
- a switchable disconnect clutch is inserted in a first drive train to the rear axle after the junction to the second drive train leading to the front axle, it is possible to completely separate the rear axle from the front axle and the drag torque of the engine by opening the disconnect clutch. This separation takes place in approx. 130 ms when the vehicle brake is actuated, controlled by the ABS signal. This ensures optimum ABS compatibility and driving stability. When the motor vehicle is coasting, the separating clutch does not open, so that engine braking can take place on all 4 wheels.
- a motor 2 arranged near the front axle 1 on a motor vehicle drives a first drive train 6 leading to the rear axle 5 and a drive train 8 connected to it at a branch point 7 to the front axle via a gear shift transmission 3 and a drive shaft 4.
- a serration connection with which an input sun gear 9 of a planetary gear locking system 10 on the drive shaft 4 is rotationally fixed, serves as the branch point 7.
- an output sun gear 11 Coaxial with the input sun gear 9, an output sun gear 11 with a somewhat smaller number of teeth is mounted on the drive shaft 4 with a needle bearing 12 next to it.
- the output sun gear 11 is formed in one piece with a hollow output shaft 13 which is mounted on its outside with a ball bearing 15 in a front bearing housing 16.
- the bearing housing 16, a Lock housing 17 and a hydraulic housing 18 together form a housing enclosing the all-wheel drive device, the three housing parts 16, 17, 18 being centered with respect to one another and secured to one another in a sealed manner.
- a gear 19 is fastened on the output shaft 13, which drives a gear 21 of an output shaft 22 via an idler gear 20, which drives the front axle 1 via a bevel gear angle drive 23.
- a clutch housing 24 which encloses a separating clutch 25 for the first drive train 6, is rotationally fixed by means of a serration connection.
- outer plates 26 are non-rotatable and longitudinally displaceable. They cooperate with inner plates 27, which are non-rotatable on a plate carrier 28 'connected to the output shaft 28 to the rear axle 5.
- the output shaft 28 is hollow and is mounted in bearings 29, 30 of the hydraulic housing 18.
- the drive shaft 4 is supported with two needle bearings 31, 32.
- the output shaft 28 drives the rear axle 5 via a cardan shaft 33 and a bevel gear angle drive 34.
- the translation from the input sun gear to the planet carrier is 15 2/3: 1. If there is a speed difference between the drive shaft 4 and the output shaft 13, the planet carriers 37 and the brake shoes 40 with the ratio 15 2/3 to the differential speed in rotation. The brake shoes 40 build up a locking torque that increases proportionally with the speed difference.
- a locking clutch 43 to prevent the planet carrier 37 from rotating in certain driving situations and to implement a rigid drive connection between the front axle 1 and the rear axle 5.
- Inner plates 44 are fastened to the bearing bolts 36; they cooperate with outer fins 45 of the barrier housing 17.
- the locking clutch 43 is closed by a plate spring 46, which is supported between the hydraulic housing 18 and an actuating bell 47. It is opened against the force of the plate spring 46 with an outer hydraulic piston 48 which is longitudinally guided in the hydraulic housing 18.
- An inner hydraulic piston 49 guided in it actuates a plate spring 51 and a pressure piece 52 via a engagement bearing 50 and the clutch 25 is depressurized Spring force closed, the clutch 25 is open without pressure.
- a central drive shaft 57 penetrates the all-wheel drive and forms a rigid drive to the rear axle 5 stored.
- the input sun gear 9 of the planetary gear locking system 10 is rotationally fixed. All other parts are of the same design and arrangement as in the first embodiment of the invention described above.
- the front axle 1 is also ready for action in addition to the rear axle 5. It is switched on as soon as a certain speed difference between rear axle 5 and front axle 1 occurs. With the help of the planetary gear locking system 10 used, a quadranting locking torque-speed difference characteristic can be generated.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft einen Allradantrieb für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein ähnlicher Allradantrieb ist in DE-PS 35 07 490 beschrieben. Von einem mit Frontmotor starr angetriebenen Antriebsstrang zur Vorderachse zweigt ein Antriebsstrang zur Hinterachse ab, der über ein Allrad-Sperrsystem zuschaltbar ist. Das dabei verwendete Sperrsystem besteht aus einem den direkten Durchtrieb vermittelnden Planetengetriebe und einer an dessen Planetenträger angreifenden Fliehkraftbremse. Am Planetengetriebe weicht die Übersetzung von der Eingangswelle zur Ausgangswelle nur geringfügig von 1 : 1 ab, die Übersetzung von der Eingangswelle zum Planetenträger ist aber sehr hoch, z.B. 16 : 1. Das Planetengetriebe ist zusammengesetzt aus einem mit der Eingangswelle drehfesten Eingangssonnenrad, einem koaxial daneben gelagerten, mit der Ausgangswelle verbundenen Ausgangssonnenrad etwas geringerer Zähnezahl sowie aus den mit beiden Sonnenrädern zugleich in Eingriff stehenden Planetenrädern, die am Planetenträger gelagert sind. Am Planetenträger sind Lagerbolzen angebracht, auf denen Bremsbacken so gelagert sind, daß sie als Fliehkraftgewichte wirksam sind und sich mit ihren Bremsbelägen an eine feststehende Bremstrommel anlegen können. Bei Auftreten einer Drehzahldifferenz zwischen Vorderachse und Hinterachse wird so ein mit der Drehzahldifferenz progressiv ansteigendes Sperrmoment erzeugt, das eine optimale Traktion des Kraftfahrzeugs erbringt. Darüber hinaus treten aber bei neu zu entwickelnden Kraftfahrzeugen immer mehr die Forderungen nach Fahrstabilität, ABS-Tauglichkeit und allgemein die Fahrsicherheit auch in Grenzsituationen in den Vordergrund.
- Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Allrad-Antrieb zu schaffen, der es gestattet, bei Bremsvorgängen, bei Kurvenfahrt und beim Anfahren und Beschleunigen des Kraftfahrzeuges ein optimales fahrdynamisches Verhalten zu realisieren.
- Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
- Wenn in einen ersten Antriebsstrang zur Hinterachse nach der Abzweigstelle zum zweiten, zur Vorderachse führenden Antriebsstrang eine schaltbare Trennkupplung eingesetzt ist, wird es möglich, durch Öffnen der Trennkupplung die Hinterachse völlig von der Vorderachse und vom Schleppmoment des Motors abzutrennen. Diese Abtrennung erfolgt bei Betätigen der Fahrzeugbremse gesteuert vom ABS-Signal in ca. 130 ms. Somit ist eine optimale ABS-Kompatibilität und Fahrstabilität erreicht. Im Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs öffnet die Trennkupplung nicht, so daß eine Motorbremsung auf alle 4 Räder erfolgen kann.
- Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale enthalten die Unteransprüche.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1
- Allrad- Antriebsschema eines Kraftfahrzeugs,
- Fig. 2
- Längsschnitt durch die Antriebsstränge zur Vorderachse und Hinterachse,
- Fig. 3
- Fliehkraftbremse des Planetenrad- Sperrsystems.
- Fig. 4
- Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform der Antriebsstränge.
- Ein nahe der Vorderachse 1 an einem Kraftfahrzeug angeordneter Motor 2 treibt über ein Gangschaltgetriebe 3 und eine Antriebswelle 4 einen zur Hinterachse 5 führenden ersten Antriebsstrang 6 und einen an einer Abzweigstelle 7 an ihn angeschlossenen Antriebsstrang 8 zur Vorderachse an. Als Abzweigstelle 7 dient eine Kerbzahnverbindung, mit der ein Eingangssonnenrad 9 eines Planetenrad-Sperrsystems 10 auf der Antriebswelle 4 drehfest ist. Koaxial zum Eingangssonnenrad 9 ist neben ihm ein Ausgangssonnenrad 11 etwas geringerer Zähnezahl auf der Antriebswelle 4 mit einem Nadellager 12 gelagert. Das Ausgangssonnenrad 11 ist einstückig mit einer hohlen Ausgangswelle 13 ausgebildet, die an ihrer Außenseite mit einem Kugellager 15 in einem vorderen Lagergehäuse 16 gelagert ist. Das Lagergehäuse 16, ein Sperrengehäuse 17 und ein Hydraulikgehäuse 18 bilden zusammen ein die Allrad-Antriebsvorrichtung umschließendes Gehäuse, wobei die drei Gehäuseteile 16, 17, 18 zueinander zentriert und abgedichtet aneinander befestigt sind. Etwa mittig zwischen dem Nadellager 12 und und dem Kugellager 15 ist auf der Ausgangswelle 13 ein Zahnrad 19 befestigt, das über ein Zwischenrad 20 ein Zahnrad 21 einer Abtriebswelle 22 antreibt, die über einen Kegelrad-Winkeltrieb 23 die Vorderachse 1 treibt.
- An dem hinter der Abzweigstelle 7 gelegenen Wellenstück der Antriebswelle 4 ist mittels einer Kerbzahnverbindung ein Kupplungsgehäuse 24 drehfest, das eine Trennkupplung 25 für den ersten Antriebsstrang 6 umschließt. Im Kupplungsgehäuse 24 sind Außenlamellen 26 drehfest und längsverschieblich. Sie wirken mit Innenlamellen 27 zusammen, die auf einem mit der Abtriebswelle 28 zur Hinterachse 5 verbundenen Lamellenträger 28' drehfest sind. Die Abtriebswelle 28 ist hohl ausgebildet und in Lagern 29, 30 des Hydraulikgehäuses 18 gelagert. In der Abtriebswelle 28 ist die Antriebswelle 4 mit zwei Nadellagern 31, 32 gelagert. Die Abtriebswelle 28 treibt über eine Gelenkwelle 33 und einen Kegelrad- Winkeltrieb 34 die Hinterachse 5 an.
- Mit dem Eingangssonnenrad 9 und dem Ausgangssonnenrad 11 stehen drei Planetenräder 35 in Eingriff, die an Lagerbolzen 36 des Planetenträgers 37 gelagert sind. An den einen Enden der Lagerbolzen 36 ist eine Fliehkraftbremse 38 angebracht, die in Fig. 3 näher dargestellt ist. An eine feststehende Bremstrommel 39 des Sperrengehäuses 17 werden die mit dem Planetenträger 37 rotierenden, auf den Lagerbolzen 36 schwenkbaren Bremsbacken 40 durch Fliehkraft angedrückt. Der Fliehkraft entgegen wirken Zugfedern 41, mit denen die Bremsbacken 40 an eine zentrale, hohl gebohrte, mit dem Planetenträger 37 umlaufenden Bremswelle 42 angehängt sind.
- Das Eingangssonnenrad hat eine Zähnezahl Z = 47, das Ausgangssonnenrad eine Zähnezahl Z = 44. Die Übersetzung vom Eingangssonnenrad zum Planetenträger beträgt 15 2/3 : 1. Tritt ein Drehzahlunterschied zwischen der Antriebswelle 4 und der Ausgangswelle 13 auf, so werden der Planetenträger 37 und die Bremsbacken 40 mit der Übersetzung 15 2/3 zur Differenzdrehzahl in Umdrehung versetzt. Die Bremsbacken 40 bauen ein mit der Drehzahldifferenz proportional ansteigendes Sperrmoment auf.
- An den anderen Enden der Lagerbolzen 36 befindet sich eine Sperrkupplung 43, um bei bestimmten Fahrsituationen das Umlaufen des Planetenträgers 37 zu verhindern und eine starre Antriebsverbindung zwischen Vorderachse 1 und Hinterachse 5 zu realisieren. An den Lagerbolzen 36 sind Innenlamellen 44 befestigt; sie wirken mit Außenlamellen 45 des Sperrengehäuses 17 zusammen. Durch eine Tellerfeder 46, die sich zwischen dem Hydraulikgehäuse 18 und einer Betätigungsglocke 47 abstützt, wird die Sperrkupplung 43 geschlossen. Geöffnet wird sie entgegen der Kraft der Tellerfeder 46 mit einem im Hydraulikgehäuse 18 längsgeführten, äußeren Hydraulikkolben 48. Ein in ihm geführter, innerer Hydraulikkolben 49 betätigt über ein Einrücklager 50 eine Tellerfeder 51 und ein Druckstück 52 die Trennkupplung 25. Die Sperrkupplung 43 ist drucklos durch Federkraft geschlossen, die Trennkupplung 25 ist drucklos offen.
- Bei normalem Betriebszustand wird über den Druckanschluß 53 und radiale Kanäle 54 der innere Hydraulikkolben 49 nach links, der äußere Hydraulikkolben 48 nach rechts verschoben, so daß die Trennkupplung 25 geschlossen und somit der Kraftfluß zur Hinterachse hergestellt ist. Gleichzeitig wird mit dem äußeren Hydraulikkolben 48 die Sperrkupplung 43 gelöst und somit der Planetenträger 35 des Allrad-Sperrsystems freigegeben.
- Bei ABS-Betrieb sowie beim Abschleppen und bei Leistungsprüfungen des Kraftfharzeugs ist der Druckanschluß 53 drucklos, die Trennkupplung 25 ist offen, die Sperrkupplung 45 geschlossen. Somit ist die Hinterachse 5 abgetrennt, die Vorderachse 1 ist starr an den Motor 2 gekoppelt.
- Wird gleichzeitig mit der Druckbeaufschlagung des Druckanschlusses 53 dem Druckanschluß 55 derselbe Druck zugeführt, wird der äußere Hydraulikkolben 48 über seine größere äußere Angriffsfläche 56 nach links verschoben. Die Sperrkupplung 43 wird geschlossen, ohne daß die Hinterachse 5 abgekoppelt wird. Hier liegt starrer Antrieb zur Vorderachse 1 und zur Hinterachse 5 vor.
- In einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung nach Fig. 4 durchdringt eine zentrische Antriebswelle 57 den Allradantrieb und bildet einen starren Antrieb zur Hinterachse 5. Der Lamellenträger 58 der Trennkupplung 25 ist auf der Antriebswelle 57 drehfest, das Kupplungsgehäuse 24 der Trennkupplung 25 ist auf der Antriebswelle 57 gelagert. Auf einem Fortsatz 59 des Kupplungsgehäuses 24 ist das Eingangssonnenrad 9 des Planetenrad-Sperrsystems 10 drehfest. Alle übrigen Teile sind gleich ausgebildet und angeordnet wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung.
- Wird die Trennkupplung 25 geschlossen, so ist zusätzlich zur Hinterachse 5 auch die Vorderachse 1 in Wirkbereitschaft. Sie wird zugeschaltet, sobald eine bestimmte Drehzahldifferenz zwischen Hinterachse 5 und Vorderachse 1 auftritt. Mit Hilfe des verwendeten Planetenrad-Sperrsystems 10 läßt sich eine quadratisch ansteigende Sperrmoment-Drehzahldifferenz-Kennlinie erzeugen.
Claims (10)
- Allradantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einem vom Gangschaltgetriebe ausgehenden, ersten Antriebsstrang zu einer ersten Fahrzeugachse und einem vom ersten Antriebsstrang abzweigenden, zweiten Antriebsstrang zur zweiten Fahrzeugachse, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Antriebsstrang (8) über ein permanent wirkbereites Allrad-Sperrsystem (10) in Abhängigkeit der Drehzahldifferenz zwischen einer Antriebswelle (4) und einer Ausgangswelle (13) zuschaltbar ist, wobei das Allrad-Sperrsystem (10) durch eine schaltbare Sperrkupplung (43) so blockierbar ist, daß mit dem zweiten Antriebsstrang (8) die zweite Fahrzeugachse (1) starr angetrieben wird und daß in den ersten Antriebsstrang (6) kraftflußmäßig hinter der Abzweigstelle (7) zum zweiten Antriebsstrang (8) eine schaltbare Trennkupplung (25) eingesetzt ist.
- Allradantrieb für ein Kraftfahrzeug, mit einem vom Gangschaltgetriebe ausgehenden, ersten Antriebsstrang zu einer ersten Fahrzeugachse und einem vom ersten Antriebsstrang abzweigenden, zweiten Antriebsstrang zur zweiten Fahrzeugachse, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Antriebsstrang starr als durchgehende Antriebswelle (57) ausgebildet ist, und daß in dem zweiten Antriebsstrang (8) eine schaltbare Trennkupplung (25) und ein permanent wirkbereites Allrad-Sperrsystem hintereinander liegen, über das in Abhängigkeit der Drehzahldifferenz zwischen einer Antriebswelle (4) und einer Ausgangswelle (13) die zweite Fahrzeugachse zuschaltbar ist, wobei das Allrad-Sperrsystem (10) durch eine schaltbare Sperrkupplung (43) so blockierbar ist, daß mit dem zweiten Antriebsstrang (8) die zweite Fahrzeugachse (1) starr angetrieben wird.
- Allradantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Trennkupplung (25) und die Sperrkupplung (43) hydraulische Betätigungsvorrichtungen (48, 49) vorgesehen sind, die von außen in Abhängigkeit von Kenngrößen des Kraftfahrzeugs ansteuerbar sind.
- Allradantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung (25) drucklos offen, die Sperrkupplung (43) drucklos geschlossen ist.
- Allradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrsystem (10) mit Sperrkupplung (43), die Trennkupplung (25) und die Hydraulik für die Betätigungsvorrichtungen (48, 49) in dieser Reihenfolge, zueinander koaxial angeordnet und von einem feststehenden Gehäuse umschlossen sind.
- Allradantrieb nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sperrsystem aus einem den direkten Durchtrieb von einer Antriebswelle (4) zu einer Ausgangswelle (13) vermittelnden Planetengetriebe (10) und einer an dessen Planetenträger (37) angreifenden Bremsvorrichtung (38) besteht, wobei die Zahnradübersetzung für den Direktdurchtrieb von der Antriebswelle (4) zur Ausgangswelle (13) geringfügig von 1 : 1 abweicht, die Zahnradübersetzung von der Anriebswelle (4) zum Planetenträger (37) aber wesentlich höher ist.
- Allradantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (10) aus einem auf einer zentralen Antriebswelle (4) drehfesten Eingangssonnenrad (9), einem neben ihm auf der Antriebswelle (4) gelagerten, mit einer hohlen Ausgangswelle (13) einstückigen Ausgangssonnenrad (11) etwas geringerer oder höherer Zähnezahl sowie aus Planetenrädern (35) gebildet ist, die zugleich mit dem Eingangs- und dem Ausgangssonnenrad in Eingriff stehen und an Lagerbolzen (36) des Planetenträgers (37) gelagert sind.
- Allradantrieb nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrkupplung (43) aus mehreren reibschlüssig miteinander verbindbaren Innenlamellen (44) und Außenlamellen (45) besteht, wobei die Außenlamellen (45) am Kupplungsgehäuse (24), die Innenlamellen (44) am Lagerbolzen (36) des Planetenträgers (37) drehfest und längsverschieblich sind.
- Allradantrieb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennkupplung (25) aus mehreren, reibschlüssig miteinander verbindbaren Innenlamellen (27) und Außenlamellen (26) besteht, wobei die Außenlamellen (26) an einem mit der Antriebswelle (4) verbundenen Kupplungsgehäuse (24) drehfest und längsverschieblich sind, die Innenlamellen (27) gegenüber der Abtriebswelle (28) zur Hinterachse (5) drehfest und längsverschieblich sind.
- Allradantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstränge (8) bzw. (6) zur Vorderachse (1) bzw. Hinterachse (5) geringfügig unterschiedliche Gesamtübersetzungen aufweisen.
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